Les états excités de l'oncogène Ras révélés par la cristallographie sous haute pression

Publié par Isabelle le 25/01/2022 à 13:00
Source: CNRS INSB
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© Nathalie Colloc'h
Dans cet article publié dans la revue Chemical Science, les scientifiques ont utilisé la cristallographie sous pression pour caractériser avec une grand précision les états excités de la protéine Ras impliquée dans de nombreux cancers. La mise sous hautes pressions de cristaux de Ras a permis d'induire une transition au sein du cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...). Au-delà de cette transition, les segments qui basculent d'un état conformationel à un autre ont été localisés dans les structures de Ras à différentes pressions.

Les protéines en solution sont en équilibre entre plusieurs états conformationnels d'énergies libres légèrement différentes. On sait déterminer avec une grande précision la structure cristallographique de leur état majoritaire de plus basse énergie, mais il est beaucoup plus difficile d'avoir des informations précises sur les états excités plus minoritaires. Pourtant, quand une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) interagit avec un partenaire, elle est dans un état excité. Par comparaison avec l'état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus...), Il est ainsi plus difficile de concevoir rationnellement un inhibiteur ciblant spécifiquement un état excité puisqu'il est minoritaire et donc difficile à caractériser.

La cristallographie sous haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) hydrostatique est une technique idéale pour pouvoir déterminer la structure d'un état excité avec une très grande précision. La pression permet en effet de peupler des états excités minoritaires et ainsi de modifier la distribution de populations des différents états.

Dans le cadre d'une collaboration entre plusieurs laboratoires français et l'université de Regensburg en Allemagne, la cristallographie sous haute pression hydrostatique a été appliquée à la protéine Ras, une petite GTPase impliquée dans un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de cancers. Ras possède de nombreux états conformationnels lui permettant d'interagir avec des effecteurs et des régulateurs. La structure de Ras dans son état majoritaire correspond ainsi à son état quand elle se lie à un effecteur. Les structures des états excités ont été obtenues principalement à l'aide de mutants de la protéine, donc sujet à des artefacts. De plus, Ras se lie à la membrane cellulaire, induisant des modifications allostériques lui permettant de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) d'un état à l'autre, ce phénomène ayant étudié en ajoutant des composants chimiques, donc également sujet à des artefacts.

La pressurisation des cristaux de Ras à plus de 300 MPa (3 000 atm) a permis d'induire un changement d'état de la protéine au sein même du cristal. L'analyse des structures de Ras à différentes pressions au-dessus de la pression de transition a permis de localiser les segments qui basculent d'un état à l'autre, et de caractériser le phénomène de modification allostérique induit par la liaison de Ras à la membrane.

La cristallographie sous haute pression hydrostatique a ainsi permis d'analyser sans recourir à des mutations ou à des agents exogènes les états conformationnels adoptés par Ras pour interagir avec des régulateurs de son activité, ouvrant ainsi la voie à la conception d'inhibiteurs spécifiques de ces états.


© Nathalie Colloc'hFigure: Vue schématique des changements d'états segment par segment selon la pression appliquée avec sur la droite, la représentation de la structure tridimensionnelle de Ras, colorée suivant les états atteints. Les segments dans l'état initial majoritaire, l'état 2(T), sont colorés en vert, ceux qui basculent dans l'état 1(T) en cyan (Le cyan ( du grec kuanos, à savoir l'azurite) est une couleur pure de la lumière de longueur...), dans l'état 2(T)*-RBD en mauve, dans l'état 1(0) en rose. Les états intermédiaires I1, I2 et I3 au début du segment appelé switch II sont colorés en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...).

Pour en savoir plus:
Equilibria between conformational states of the Ras oncogene protein revealed by high pressure crystallography
Eric Girard, Rui P Lopes, Michael Spoerner, Anne-Claire Dhaussy, Thierry Prangé, Hans Robert Kalbitzer & Nathalie Colloc'h.
Chemical Science 13 janvier 2022. DOI. https://doi.org/10.1039/D1SC05488K

laboratoire:
Imagerie et stratégies thérapeutiques des pathologies cérébrales et tumorales (ISTCT) (CNRS/Université de Caen Normandie)
GIP Cyceron, boulevard Henri Becquerel (Antoine Henri Becquerel (15 décembre 1852, Paris - 25 août 1908, Le...) · BP 5229.
14074 CAEN CEDEX 5 - France.

Contact:
Nathalie Colloc'h - Chercheuse CNRS dans l'Unité imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) et stratégies thérapeutiques des pathologies cérébrales et tumorales (ISTCT) (CNRS/Université de Caen Normandie) - nathalie.colloch at cnrs.fr
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